【摘要】：采用水熱法以Zn Cl2為活化劑制備活化石墨烯納米片(a-GNPs),并研究了工藝參數(shù)對其孔結(jié)構(gòu)的影響。將表面包覆導(dǎo)電聚苯胺(PANI)的硅納米粒子與a-GNPs以一定比例混合,經(jīng)熱解形成Si/p-PANI/a-GNPs復(fù)合材料用于鋰離子電池負極。采用TEM對a-GNPs孔結(jié)構(gòu)進行了表征;采用FTIR分析了PANI熱解前后化學(xué)鍵的變化;采用SEM分析了電極結(jié)構(gòu)和形貌;采用循環(huán)伏安、交流阻抗和恒流充放電等方法測量了硅復(fù)合電極的電化學(xué)性能。實驗結(jié)果表明,Si/p-PANI/a-GNPs復(fù)合電極的儲鋰容量和穩(wěn)定性有明顯改善,400m A/g恒電流充放電循環(huán)50次后可逆比容量達到1093.4m A·h/g,比Si電極和Si/p-PANI電極分別提高了415.3%和112%。這主要歸因于a-GNPs對電解質(zhì)傳輸?shù)拇龠M作用以及電導(dǎo)的貢獻。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 擇ZnCl2活化劑通過水熱反應(yīng)對GNPs進行活化，，分別研究了3組不同活化工藝參數(shù)，包括活化溫度T（120℃、160℃、180℃）、時間t（0.5h、1h、3h）以及ZnCl2的含量m（ZnCl2與GNPs的質(zhì)量比1∶1，3∶1，5∶1，簡寫為m=1，m=3，m=5），并將所制備的樣品標(biāo)記為T-t-m。根據(jù)實驗結(jié)果，以a-GNPs樣品160-1-3的孔結(jié)構(gòu)為最佳。圖2(a)和圖2(b)分別是160-1-3樣品的SEM和TEM圖，由SEM圖可見活化后的a-GNPs的樣品形貌；由TEM圖可見其孔徑分布比較均勻，平均孔徑約10nm。圖2(c)是160-1-3a-GNPs樣品在N2氣氛中700℃灼燒2h圖1GNPs的SEM圖、TEM圖和HRTEM圖（內(nèi)嵌圖）后的TEM照片，可以看到除孔徑略有增大（約15nm）外，孔結(jié)構(gòu)沒有明顯變化。圖3是其他活化條件下制備的a-GNPs的TEM圖。由圖3可見，過量的ZnCl2、過高的活化溫度或過長的活化時間，會使孔徑過大甚至不同程度地破壞GNPs的原有結(jié)構(gòu)；而反之則會出現(xiàn)a-GNPs孔率低及孔徑不均勻的情況。所以在本文以后各節(jié)的討論中均為160-1-3樣品。圖4是160-1-3a-GNPs樣品的氮氣吸/脫附曲線，在相對壓力0.4～0.9范圍內(nèi)有一個明顯的回滯環(huán)，說明了樣品中有大量的介孔存在。BET比表面積、孔容和平均孔徑的測量結(jié)果分別為95.7m2/g、0.22cm3/g和13.64nm。2.2復(fù)合電極材料的物化性能Si、Si/p-PANI、a-GNPs和Si/p-PANI/a-GNPs復(fù)合材料的XRD譜圖如圖5(a)所示。3個樣品的2θ在28.4°、47.4°、56.3°、69.1°和76.5°處的衍射峰分別對應(yīng)晶體硅的（111）、（220）、（311）、（400）
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 第12期夏楠等：硅碳復(fù)合電極材料制備及儲鋰性能·4543·圖2160-1-3a-GNPs樣品的SEM圖(a)、TEM圖(b)和在N2氣氛下熱處理后的TEM圖(c)圖3不同條件下所制備的a-GNPsTEM圖圖4160-1-3a-GNPs樣品的氮氣吸/脫附曲線和（331）晶面；Si/p-PANI和Si/p-PANI/a-GNPs復(fù)合材料在23°附近均有個小的饅頭峰，對應(yīng)聚苯胺熱解后的無定形碳結(jié)構(gòu)；而Si/p-PANI/a-GNPs復(fù)合材料的XRD圖中除了上述小的饅頭峰外還可以看到在26.4°處有個小的衍射峰，與a-GNPs在此位置存在的衍射峰對應(yīng)，為石墨（002）特征峰。圖5(b)是熱解前后復(fù)合材料的FTIR譜圖，圖中位于3445cm 1、1618cm 1和1217cm 1處的吸收峰分別對應(yīng)N H伸縮振動、醌環(huán)C==C伸縮振動和C==N伸縮振動[14,19]。因為PANI的高溫裂解碳化，位于1552cm 1處的苯環(huán)C==C伸縮振動峰和1390cm 1處的C—N伸縮振動峰不復(fù)存在。測得PANI經(jīng)Li+電解液浸漬后制備的p-PANI的電導(dǎo)率為1.67S/cm。
【作者單位】： 天津大學(xué)化工學(xué)院;航天精工股份有限公司;
【基金】：國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFB0100511)
【分類號】：TM912

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;Synthesis and supercapacitor characteristics of PANI/CNTs composites[J];Chinese Science Bulletin;2010年11期

2 王芳平;李慶余;秦慶東;楊建紅;;MnO_2氧化法制備高電容保持率PANI-Co_3O_4[J];電池;2012年03期

3 陳紹軍;靳云霞;肖順華;張琳;;H_6PMo_9V_3O_(40)/PANI復(fù)合電極材料的電容特性研究[J];化工新型材料;2014年08期

4 季鳴童;邵光杰;;脈沖電沉積法制備PANI/CNTs復(fù)合材料及其超電容性能[J];電子元件與材料;2013年10期

5 賀英,王均安,陳敏華;化學(xué)復(fù)合鍍PANI/Cu導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料[J];電鍍與涂飾;2003年03期

6 朱信華;朱健民;;鐵電納米材料和納米結(jié)構(gòu)研究的進展(英文)[J];電子顯微學(xué)報;2007年03期

7 張青紅;;二氧化鈦基納米材料及其在清潔能源技術(shù)中的研究進展[J];無機材料學(xué)報;2012年01期

8 朱偉長,周安娜,檀杰,晉傳貴,陳恩樹;鐵酸鹽納米材料的制備[J];精細化工;1999年05期

9 劉煦;納米材料在電池中的應(yīng)用[J];電池;2003年02期

10 ;韓國利用納米材料研發(fā)出人工光合作用技術(shù)[J];材料導(dǎo)報;2010年S1期

相關(guān)會議論文 前7條

1 Zidong Wei;;Enhanced stability of Pt nanoparticles on carbon supports for fuel cells[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第23分會：電催化與潔凈能源電化學(xué)轉(zhuǎn)化[C];2014年

2 王磊;顧元香;楊宇;;具有級次結(jié)構(gòu)的磷酸基納米材料合成及用作鋰電池電極材料的表征[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——論壇七：中新青年化學(xué)家論壇[C];2014年

3 許人良;;納米材料粒度與Zeta電位測量的最新進展[A];2005年全國粉體設(shè)備—技術(shù)—產(chǎn)品信息交流會暨納米顆粒測試與標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)班論文集[C];2005年

4 許人良;;納米材料粒度與Zeta電位測量的最新進展[A];中國顆粒學(xué)會超微顆粒專業(yè)委員會第四屆學(xué)術(shù)年會暨海峽兩岸納米顆粒學(xué)術(shù)研討會論文摘要集[C];2005年

5 宋宏偉;;稀土納米材料光子能量轉(zhuǎn)換應(yīng)用于有機太陽能電池探索[A];第七屆全國稀土發(fā)光材料學(xué)術(shù)研討會會議論文摘要集[C];2011年

6 李朝強;尹龍衛(wèi);;MnO_2納米材料的制備及其鋰電性能的研究[A];第八屆全國材料科學(xué)與圖像科技學(xué)術(shù)會議論文集[C];2012年

7 舒東;;金屬氮化物納米材料的制備及其贗電容行為研究進展[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 本報駐美國記者 毛黎;給電造個經(jīng)濟適用的“家”[N];科技日報;2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 邊立君;聚苯胺基復(fù)合膜電容及電催化性能研究[D];東北大學(xué);2013年

2 任莉君;聚苯胺基電極材料的設(shè)計、制備及其電容性質(zhì)[D];陜西師范大學(xué);2016年

3 王雄彪;鐵系元素多元金屬氧化物納米材料的制備與應(yīng)用研究[D];南京理工大學(xué);2014年

4 張建會;功能型多孔碳基納米材料的制備、表征及應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2016年

5 李婷婷;膠體合成純相鐵硫化合物納米材料及其鋰電性能的研究[D];吉林大學(xué);2016年

6 馮艷;鉑基異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料用作直接甲醇燃料電池電催化劑的研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院過程工程研究所);2017年

7 李利淼;納米材料的合成及其在電化學(xué)傳感和鋰離子電池中的應(yīng)用[D];湖南大學(xué);2011年

8 邢政;混合過渡金屬氧化物納米材料的制備及其鋰離子電池性能的研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

9 梁劍文;硅納米負極材料的化學(xué)法制備及其鋰離子電池性能[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

10 李艷芬;鐵氧體微/納米材料的控制合成、催化性能與熱動力學(xué)分析[D];中國礦業(yè)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王澤宇;聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料制備與電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 周佳盼;聚苯胺的制備、碳復(fù)合及電容性能的研究[D];新疆大學(xué);2015年

3 辜桂芳;石墨烯-TiO_2納米纖維復(fù)合材料與Li_9V_3(P_2O_7)_3(PO_4)_2/PANI三維介孔微球的制備及電化學(xué)性能研究[D];成都理工大學(xué);2015年

4 羅珍玉;VOPO_4·2H_2O、SnO_2/PANI材料的制備及其電容性能研究[D];湘潭大學(xué);2015年

5 張智;碳/聚苯胺復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];燕山大學(xué);2016年

6 余江英;熱解聚苯胺—金屬配位聚合物制備碳基催化劑及催化性能研究[D];昆明理工大學(xué);2016年

7 郭佳威;基于MWCNTs和PANI的鋰硫電池正極材料的制備和電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

8 李磊;聚苯胺包覆氟化石墨正極材料制備及在鋰電池中應(yīng)用[D];湘潭大學(xué);2016年

9 李冬杰;氧化石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的制備及其電容性能的研究[D];天津大學(xué);2014年

10 樊曉蓉;聚苯胺基超級電容器電極材料的制備及電容性能的研究[D];北京化工大學(xué);2016年

本文編號：2513887